KR101189333B1 - 4 다이 방식의 단조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력에 의한 금속 가공에 관한 것으로, 단조 압착기 및 주변 압착기들에서 주형물 및 사전 제작물을 단조하는데 사용될 수 있다. 4개의 다이는 경사 패널을 갖는 홀더들 및 상기 패널에 설치된 윤활판들에 삽입된다. 상부 및 하부 다이의 홀더들은 측면 다이들의 홀더들에 동적으로 결합하여 있다. 배열 가이드들이 상기 상부 및 하부 다이의 홀더들의 경사 패널 또는 상기 측면 다이 홀더들의 경사 패널에 설치되어 있다. 상기 가이드들은 벽들, 상부 및 하부 다이의 홀더들 또는 측면 다이들의 홀더들, 및 관련 윤활판들의 측면 패널들로 이루어진 배열 슬롯들에 삽입된다. 또한, F자 형상의 단면을 갖는 측면 구분 가이드들을 구비한다. 각 다이의 가공면의 폭은 접촉면의 폭의 0.5 내지 0.9이다. 측면 다이 홀더들의 윤활판들 및 상부/하부 다이 홀더들의 윤활판들의 전체 접촉 면적(S₁)과 세로 대칭의 상기 패널에 대해 돌출된 측면 다이 가공면들의 전체 면적(S₂)은 S₁/S₂ ≥ 2.5의 비율을 갖는다. 이로써, 단조기의 유지 기간이 연장된다.

단조기

Description

4 다이 방식의 단조기 {Four-die forging device}

본 발명은 압착에 의한 금속 가공 분야, 즉 4 다이 방식의 단조기의 사용에 관한 것이며, 유압 압착기 및 주변 압착기들에서 주형물 및 사전 제작물을 단조하는데 사용될 수 있다.

본 발명은 연장 축을 갖는 제품, 예로서 지브 스틱(jib stick), 지지대, 중간축(jackshaft), 토션축(torsion shaft), 압연기의 롤러 및 유사 제품들의 생산, 및 압착에 의해 단조되는 사전 제작물의 생산시, 제조 및 야금 기기로 사용된다. 예를 들면, 구조용 강, 스테인리스 강, 내열성 강, 내변형성 강 및 합금강으로부터의 단조일 수 있다.

종래의 4 다이 방식의 단조기는 패널이 경사진 상부 및 하부 다이의 2개의 홀더 및 이들에 동적으로 결합하고 상부/하부 다이 홀더들의 경사 패널과 이어 맞춰진 경사 패널을 갖는 측면 다이들의 2개의 홀더를 구비한다.

기기 대칭의 수직 패널에 대하여 3~75도 각도로 배치된다. 이들은 대응하는 다이 홀더들에 삽입된 4개의 다이들이다(우크라이나 공개 특허 제29183A호, B21J 13/02, 1998).

이 기기는 낮은 단조 압하율(forging reduction ratio)로 고품질의 단조를 받을 수 있다. 또한, 넓은 범위의 단면들 내에서 사전 제작물들의 단조를 보장한다.

이 단조기의 단점은 파손 및 수리 없이 긴 유지 기간을 견디어 내지 못하는 구성에 있다.

또 다른 4 다이 방식의 단조기가 공지되어 있다. 이는 경사 패널을 갖는 상부/하부 다이의 홀더들, 및 상부 및 하부 다이들의 경사 패널과 이어 맞춰진 경사 패널을 갖는 두 개의 또 다른 다이 홀더들을 구비한다. 또한, 상기 경사 패널들에 설치된 윤활판들, 8개의 측면 구분 레일, 및 가공면과 지지면을 갖는 4개의 다이를 구비한다. 또한, 마찰 결합에 윤활제를 공급하는 시스템을 포함하고, 이 시스템은 다이 홀더들 내에 형성된 펌프, 수송관들, 플렉시블 호스(flexible hose), 결합 부재 및 채널들과 함께 구비되어 있다(우크라이나 특허 제67879호, B21J 13/02, 3/00, 2004).

이 발명은 기기의 연장된 유지 기간을 보장한다.

그러나 이 공지의 기기는 윤활판들의 가공면들에서의 에지핀(edge fin)들의 형성으로 인하여 수리하지 않는 긴 유지 기간을 보장할 수 없다.

본 발명에서의 기술적 성과는 4 다이 방식의 단조기에 의해 발생하는 수리들 사이의 사용 기간의 증가이다. 윤활판들의 가공면에서 에지핀이 형성될 확률의 최소 레벨로 인하여 이 기간이 증가하였다.

상기된 기술적 성과는 4 다이 방식의 단조기가 경사 패널을 갖는 상부/하부 다이의 홀더들, 및 패널이 경사지고 상기 상부/하부 다이 홀더들의 경사 패널과 이어 붙여지는 측면 다이들의 두 개의 홀더(제1 결합의 다이들에 동적으로 결합함)를 포함하고 상기 패널들이 상부/하부 및 측면 다이의 홀더들의 경사면에 설치될 때 달성될 수 있다. 이 기기는 또한 윤활판들, 8개의 측면 구분 가이드, 지지면, 및 마찰 결합에 윤활제를 공급하는 윤활 시스템을 구비한다. 또한, 기기의 세로 축에 수직인 하나 이상의 패널에, 상부/하부 다이의 경사면 또는 측면 다이 홀더들의 경사면에 설치된 배열 가이드들을 포함한다. 이 가이드들은, 벽들에 의해 형성되고 상부/하부 및 측면 다이들의 홀더들의 경사면들 내부 및 윤활판들의 측면 패널들 옆에 각각 형성된 배열 슬롯들에 삽입된다. 측면 구분 가이드들은 F자 형상의 단면을 갖는다. 각 다이의 가공면의 폭은 접촉면의 폭의 0.5 내지 0.9이다. 밀폐 상태에서 측면 다이 홀더들의 경사면에 설치된 윤활판들과 상부/하부 다이 홀더들에 설치된 윤활판들의 전체 접촉 면적(S₁) 및 기기의 세로 대칭의 패널에서 돌출된 측면 다이의 가공면들의 전체 면적(S₂)은 이하의 비율 내이다:

S₁/S₂ ≥ 2.5

기기의 교차 대칭이 패널의 상부/하부 다이의 홀더들의 경사면에 설치된 배열 레일들의 구성을 통하여 설정 작업이 해결된다. 배열 슬롯들은 측면 다이 홀더들의 경사면들 및 윤활판들의 측면 패널들 내부에 형성된 슬롯의 벽들에 의해 형성된다.

도 1은 정지 상태에서의 4 다이 방식의 단조기를 도시하고;

도 2는 도 1의 A-A 단면도이고;

도 3은 도 1의 A-A 단면의 변형예를 도시하고;

도 4는 도 1의 B-B 단면도이고;

도 5는 상부/하부 다이들의 홀더들에 배열 가이드들이 설치된 4 다이 방식의 단조기를 도시하고;

도 6은 도 5의 C-C 단면도이고;

도 7은 사전 제작물의 압착시 4 다이 방식의 단조기를 도시한다(사전 제작물의 빗금친 단면은 압착의 최종 순간을 나타낸다).

본 발명의 4 다이 방식의 단조기는 도 1 내지 도 7을 참조하여 설명될 것이다.

도 1은 정지 상태에서의 4 다이 방식의 단조기를 도시하고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A 단면의 변형예를 도시하고, 도 4는 도 1의 B-B 단면도이다. 도 5는 상부/하부 다이(die)들의 홀더(holder)들에 배열 가이드들이 설치된 4 다이 방식의 단조기를 도시하고, 도 6은 도 5의 C-C 단면도이다. 도 7은 사전 제작물의 압착시 4 다이 방식의 단조기를 도시한다(사전 제작물의 빗금친 단면은 압착의 최종 순간을 나타낸다).

도 1을 참조하면, 4 다이 방식의 단조기는 상부 가요성 판(2)에 연결된 상부 다이의 홀더(1), 하부 고정판(4)에 연결된 하부 다이의 홀더(3), 측면 다이들의 두 개의 홀더(5, 6), 홀더에 삽입된 4개의 다이(7-10), 측면 다이들과 상부/하부 다이의 홀더들 사이의 동적 결합(kinematic link)을 지탱하는 8개의 구분 가이드(11), 윤활판(12), 및 마찰 결합에 윤활제를 공급하는 시스템(13)으로 구성된다. 측면 다이들의 홀더들(5, 6)은 상부 및 하부 다이들의 홀더들(1, 3)을 향하여 배열 가이드들(14)에 의해 배열된다. 도 2에 도시된 것처럼, 다이 홀더들의 각 경사면에 하나의 배열 가이드(14)가 설치되거나, 도 3에 도시된 것처럼, 다수의 배열 가이드, 예로서 두 개의 배열 가이드(14)가 설치될 수 있다.

배열 가이드들(14)은 측면 다이 홀더들(5, 6)의 경사면에 설치될 수도 있고, 단조기의 세로 축과 직각을 이루는 하나 이상의 패널들에 배치될 수도 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 것처럼, 이들은 상부/하부 다이들의 홀더들(1, 3)의 경사면 내에 형성되고 윤활판(12)들의 측벽들에 형성된 배열 슬롯들에 삽입되고, 슬롯들의 벽에 삽입될 수 있다.

도 5에 도시된 것처럼, 배열 가이드들(15)은 또한 상부/하부 다이들의 홀더들(16, 17)의 경사면에 설치될 수 있고, 윤활판들(20)의 측면들에 의해 형성되고 측면 다이 홀더들(18, 19)의 경사면 내에 있는 배열 슬롯들 및 이 슬롯들의 벽에 삽입될 수 있다.

측면 구분 가이드들(11)은 F자 형 단면을 갖는다. 이들은 스터드 볼트에 의해 상부/하부 다이의 홀더(1, 3)에 단단하게 고정된다. 도 4에 도시된 것처럼, 슬라이딩 표면 위로 이들 가이드들과 측면 다이 홀더들(5, 6) 사이에 틈이 존재한다. 도 5에 도시된 단조기의 다이들(21-24)은 도 6에 도시된 형태(단면)를 갖는다. 각 가공면의 폭 b₁은 그 접촉면의 폭 b₂의 0.5 내지 0.9이다. 즉, 비율 b₁/b₂ = 0.5 ~ 0.9가 유지된다.

b₁/b₂ < 0.5이면, 단조 가공의 효과적인 출력이 상당히 감소하고, b₁/b₂ > 0.9이면, 측면 다이 홀더들의 측면 흔들림(side-sway)이 발생할 수 있으며 윤활판의 표면에 에지 핀(edge fin)이 형성될 수 있다.

또한, 4 다이 단조의 설계에 다음의 비율이 유지된다:

S₁/S₂ ≥ 2.5

도 1을 참조하면, 여기서 S₁은 밀폐된 단조기에서 측면 다이 홀더들의 경사면에 설치된 윤활판과 상부 및 하부 다이의 홀더에 설치된 윤활판의 전체 접촉 면적이고, S₂는 단조기의 세로 대칭(0-0)의 패널에 돌출된 측면 다이들의 가공면의 전체 면적이다.

윤활판들이 마찰 결합에 의해 형성된 값 S₁/S₂ ≥ 2.5에 달하면, 거친 에지핀이 발생할 수 있고 이에 대한 수리가 필요하게 된다.

압축 테이블 및 승강보(elevating beam)에 4 다이 방식의 단조기의 장착은 종래의 다이의 장착과 유사하다.

4 다이 방식의 단조기는 이하의 패턴에 따라 작동한다.

기기에 사전 제작물(25)을 제공하기 전에, 단조기의 작동 공간이 승강보가 올라가는데 필요한 크기만큼 개방된다. 도 7을 참조하면, 그 후에 자동 암(mechnical arm, 미도시)들이 사전 제작물(25)을 작동 공간에 싣고 압축보를 내리는 동안 다이들(7-10)에 의해 사전 제작물을 압착한다. 도 7을 참조하면, 압착하는 동안, 압력은 승강보 및 판(2)을 통하여 상부 다이의 홀더(1)에 전달되고, 그 후에 하부 다이의 정지 홀더(3) 뿐만 아니라 측면 다이들의 홀더들(5, 6)에 전달된다. 측면 다이 홀더들(5, 6)의 이동시, 압력은 상부/하부 다이의 홀더들(1, 3)의 경사면을 통하여 측면 다이들(5, 6)에 전달된다. 다이들(7-10)의 가공면들이 사전 제작물 몸체(25)를 압착할 때, 윤활판들의 슬라이딩 표면에서의 압력이 대폭적으로 증가한다. 또한, 각 압착 사이클 전에, 임의의 길이의 사전 제작물이 단조기의 측면들 중 하나로부터 삽입되므로, 항상 기기 대칭의 수직 패널을 향하여 하중 부과 편심(load imposition eccentricity)이 나타난다. 이 편심은 다이 홀더들의 서로에 대한 배치 오류(misplacement)에서 기인한다. 비틀림으로 인하여, 윤활판들의 임의의 영역들에서의 특정 압력이 급속하게 증가하고 이는 이들 표면들에서 에지 핀들의 형성에서 기인한다. 도 5 및 6을 참조하면, 단조기의 제안된 설계에서, 각 가공면의 폭 b₁이 접촉면의 폭 b₂ 보다 작기(b₁/b₂ = 0.5 ~ 0.9) 때문에 하중 부과 편심의 값은 감소하는 경향이 있다. 본 발명의 단조기에서 비틀림의 감소는 몇몇 다이 홀더들의 경사면에 설치되고 다른 다이 홀더들의 배열 면들과 겹치는 배열 가이드들에 의해 또한 확보된다. 배열 가이드들에 의해, 다이 홀더들의 배치 오류가 상당히 감소한다. 측면 다이 홀더들과 상부/하부 다이들의 홀더들 사이의 배치 오류를 최소화하기 위하여, 측면 구분 가이드들은 F자 형상의 단면을 갖는다. 측면 구분 가이드들의 이러한 단면은 측면 다이 홀더들과 상부/하부 다이들의 홀더들에 대하여 단단한 동적 결합을 형성시키고, 슬라이딩 결합에서 윤활판들 사이의 비틀림을 감소시키고, 따라서 에지 핀들이 이들에 형성될 가능성을 제거한다.

본 발명의 단조기에서, 다음의 비율:

S₁/S₂ ≥ 2.5

이 또한 유지된다.

이 비율이 유지되면, 윤활판들의 가공면들에서의 특정 압력이 에지 핀들이 이 면들에 발생할 수 있는 최대 허용 압력을 넘지 않는다.

4 다이 방식의 단조기의 제안된 설계는 이하의 결과를 보장한다.

마찰면들이 충돌하는 곳에서 마찰 밀봉(friction sealing)이 제거되고;

충돌면들에 나타나는 에지 핀의 가능성이 상당히 감소하고;

마찰 결합의 파손으로 인하여 단조 공정의 비상 정지의 확률이 현저하게 감소한다.

4 다이 방식의 단조기의 제품 테스트들(하나는 제안된 설계에 따라서 이루어지고 다른 하나는 기본형에 따라 이루어짐)이 본 발명의 단조기의 중요한 이점을 증명하였다. 4 다이 방식의 단조기는 20MH의 동력의 유압 단조 공정에서 구조용 강으로부터 5-7톤의 주형을 단조하였다. 윤활판들의 최초 수리 전에, 약 33,200톤의 주조물이 기본형에서 제작되었고, 본 발명의 기기에서는 그보다 1.47배 많은 48,750톤이 제작되었다.

본 발명은 압력에 의한 금속 가공 분야에서 사용되기 위하여 설계된 것으로, 유압 단조 압착기 및 주변 압착기들에서 주형물 및 사전 제작물을 단조하는데 사용될 수 있다.

그러므로 본 발명의 4 다이 방식의 단조기의 설계는 더 긴 무수리(無修理) 사용 기간을 보장한다.

Claims (2)

1. 경사면을 갖는 상부 및 하부 다이(die)들의 홀더(holder)들;

   상기 상부 및 하부 다이들의 홀더들에 동적으로 결합하고, 상기 상부 및 하부 다이들의 홀더들의 경사 패널들에 정합하는 측면 다이의 2개의 홀더들;

   상기 상부, 하부, 및 측면 다이들의 홀더들의 경사면들에 설치되는 윤활판들;

   가공 및 받침 표면을 갖는 8개의 측면 구분 가이드들;

   마찰 결합들에 윤활제를 공급하는 시스템; 및

   세로 축과 직각을 이루는 하나 이상의 패널 및 상부 및 하부 다이의 홀더들의 경사면들에 설치되는 배열 가이드들을 포함하고,

   상기 배열 가이드들은 상기 측면 다이 홀더들 또는 상기 상부 및 하부 다이들의 홀더들 각각의 경사면들 내부 및 상기 윤활판들의 측면 패널들 내부에 벽들로 이루어진 배열 슬롯들에 삽입되고,

   상기 측면 구분 가이드들은 F자 형상의 단면을 가지며,

   상기 상부, 하부, 및 측면 다이들의 가공면의 폭이, 상기 상부, 하부, 및 측면 다이들의 접촉면의 폭의 0.5 내지 0.9이고,

   밀폐 상태에서 상기 상부 및 하부 다이의 홀더들에 설치된 윤활판들 및 상기 측면 다이 홀더들의 경사면에 설치된 윤활판들의 전체 접촉 면적(S₁) 및 세로 대칭의 상기 패널에서 돌출된 상기 측면 다이들의 가공면들의 전체 면적(S₂)은 이하의 비율:

   S₁/S₂ ≥ 2.5

   인 것을 특징으로 하는 4 다이 방식의 단조기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 배열 가이드들은 상기 상부 및 하부 다이의 홀더들의 경사 패널들에 설치되고,

   상기 배열 슬롯들은 상기 측면 다이 홀더들의 경사 패널들 및 상기 윤활판들의 측면 패널들 내부에 형성되는 것을 특징으로 하는 4 다이 방식의 단조기.

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